专利名称：加温加压生产偏钒酸铵的方法及其加温加压分解塔的制作方法
技术领域：
本发明涉及稀有金属钒的湿法冶炼方法及设备，特别是一种生产偏钒酸铵的方法及其分 解钒矿浆的设备。(二) 背景技术我国钒矿资源丰富，钒矿主要有两大类， 一是钒钛磁铁矿， 一是含钒石煤。其中含钒石 煤是我国的一种新型钒矿资源。据地质矿产部有关资料统计，仅我国南方七省石煤中五氧化 二钒(V205)的储量就可达l.l亿吨，约为世界探明的V205总储量的一半。石煤提钒和钒产品的开发利用对充分利用我国的石煤钒资源具有重要的社会和经济意义。而现有从石煤中提五 氧化二钒的生产方法多为焙烧、酸碱浸泡分解等传统冶炼方法，分解钒矿浆的设备是浸泡分解池，其主要的生产方法步骤为加钠盐焙烧或加氧化钙焙烧，再经水浸出或稀硫酸浸出、 过滤、净化、铵盐沉淀，过滤甩干，高温热分解脱氨等。另一种方法的主要步骤有钒土矿 经粉磨，用稀硫酸、硫酸氢钠、氯酸钠经搅拌机混合均匀，然后池化密封，浸泡沉清、过滤 淋洗、净化过滤，再用萃取剂进行分级对流萃取、洗涤，用氨水或稀硫酸反萃等工序，钒的 回收率仅在35 55%之间，不仅无法形成流水线作业，具有占地面积大的缺陷，而且工业废水有害气体排放量大，污染严重，不符合我国可持续发展战略的要求，急需进行改进。(三) 发明内容本发明的目的是提供一种加温加压生产偏钒酸铵的方法及其加温加压分解塔，解决传统 冶炼方法提取五氧化二钒生产效率低，能耗高，污染严重，无法形成流水线作业，厂房面积 大的技术问题。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案 这种加温加压生产偏钒酸铵的方法，其特征在于有以下步骤 步骤l ，将钒矿石粉碎成细度为80 200目的矿粉； 步骤2 ，将上述矿粉与稀硫酸或纯碱溶液混合成矿浆；步骤3，将以上矿浆放入密闭容器内加温加压，加温范围8(TC 24(rC，加压范围0 3MPa，加温加压5 35分钟；步骤4，用离心机将分解后矿浆中的矿渣与含钒溶液分离，得到含钒溶液和矿渣，含钒 溶液进入步骤5，矿渣经过清洗后得到弃渣和水溶液，弃渣用于造田、生产建材，水溶液返
回步骤2，当水溶液的量超过混料需要时，采用减压蒸馏装置浓縮硫酸，排除多余的水分； 步骤5，将含钒溶液送入萃取槽萃取；步骤6，加碳铵反萃，得到的萃余液返回步骤5，含钒清液调pH值为3 8，加氨盐沉淀出 偏钒酸铵，水溶液返回步骤6进行碳铵反萃；步骤7，偏钒酸铵经离心脱水、烘干后得到偏钒酸铵产品，离心脱水后的水溶液返回步 骤6进行碳铵反萃。上述步骤3中的密闭容器加温加压分解罐、加温加压分解池或加温加压分解塔，其中加 温加压分解塔的塔体外包有外壳l，塔体内设有四层的支撑结构18;塔体第四层的支撑结构上置有密闭的加温加压罐5，加温加压罐内设有加温热源15，罐 底的出料口与塔体第三层保温过渡罐4顶部的进料口之间由上连通管6连通；塔体第三层的支撑结构上置有保温过渡罐4;塔体第二层的支撑结构上置有上级余热利用罐3，罐中置有上预热管IO，上预热管10上 端经下连通管16与保温过渡罐底部出料口连通；上级余热利用罐3与加温加压罐5之间连接有 第二送料管12，第二送料管12进料端伸入上级余热利用罐底部，出料端伸入加温加压罐顶 部，在第二送料管上连有上位泵13;塔体第一层的支撑结构上置有下级余热利用罐2，罐中置有下预热管9，下预热管9的上 端与上级余热利用罐内的上预热管10连通，下预热管9的下端与排料管7连通，排料管上有流 量控制阀14，下级余热利用罐2的上部连接入料管8，下级余热利用罐与上级余热利用罐之间 连接第一送料管ll，第一送料管的出料端伸入上级余热利用罐顶部，进料端伸入下级余热利 用罐底部，在第一送料管上连有下位泵17。上述加温热源15可以是电加热装置、燃气加热装置或蒸汽加热装置。上述上级余热利用罐3、下级余热利用罐2、保温过渡罐4、加温加压罐5外面均有保温层。上述上预热管10和下预热管9可以是蛇形管、盘管、等径管或变径管。 上述第二送料管12的进料端可连接中位泵19 。 上述支撑结构可以是砼结构或钢结构。 上述外壳可以是砼结构或拼装可拆卸式钢结构。应用上述矿浆加温加压分解塔来加温加压生产偏钒酸铵的方法，其特征在于步骤3的过 程如下将以上矿浆泵入分解塔分解，常温态的原矿浆从入料管8进入下级余热利用罐2，经初步
预热后被泵入上级余热利用罐3中进一步预热，之后，将矿浆再泵入加温加压罐5内，加温范 围8(TC 24(TC，加压范围0 3MPa，加温加压5 35分钟，分解后的矿浆从加温加压罐5底部 出料口进入保温保压过渡罐4停留大约30分钟左右，先从底部的出料口进入上级余热利用罐 内部的上预热管10中，然后进入下级余热利用罐内部的下预热管10中，在这期间，上、下级余 热利用罐中的矿浆吸收上、下预热管内的矿浆热能，进行热量交换，使上、下级余热利用罐 内的原矿浆升温至4(TC以上，分解后的矿浆被吸热、冷却后从分解塔下部的排料管7排出。作为本发明进一步优选的技术方案在步骤l的钒矿石粉碎后先进行矿物初选，选出精 矿粉和石煤中的炭，用炭烧锅炉生产蒸汽用于分解塔加温或进行综合利用。与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果本发明采用加温加压分解钒矿浆生产偏钒酸铵，具有以下有益效果 1，生产效率高，参见图2，随温度和压力的升高，钒的分解率也相应升高，最终可达 99%以上。2，能耗低，分解塔设计充分利用分解后矿浆的余热，从而有效的降低了能耗。加温方 式还可以因地制宜，择优选取电加温，燃气加温，蒸汽加热及其他加热方法。石煤中含有 碳，还可在提钒前先选出碳，用碳烧锅炉生产蒸汽用于分解塔加温。形成循环利用，充分提 高经济和环境效益。3，本发明可形成提钒流水线作业，大大提高了生产效率，并减少了厂房面积的占用。 4，固定资产投资少，相同生产规模的工厂投资仅为焙烧法的四分之一。 5、生产过程中无"废水""废气"排放，属环境友好型生产方法。
图l是加温加压生产偏钒酸铵的工艺流程图。 图2是钒的分解率随温度和压力变化示意图。 图3是加温加压分解塔的结构示意图。 图4是一种简易加温加压分解塔的结构示意图。 图5是另一种简易加温加压分解塔的结构示意图。 图6是加温加压分解罐或加温加压分解池的结构示意图。附图标记l一外壳、2 —下级余热利用罐、3 —上级余热利用罐、4一保温过渡罐、5 — 加温加压罐、6 —上连通管、7 —排料管、8 —入料管、9一下预热管、IO —上预热管、11-第 一送料管、12-第二送料管、13-上位泵、14-流量控制阀、15-加温热源、16-下连通管、 17-下位泵、18-支撑结构、19-中位泵。 具体实施方式
实施例参见图l所示，这种加温加压生产偏钒酸铵的方法有以下步骤步骤l，将含钒的矿石用破碎机、雷蒙磨粉机粉碎成细度为80 200目的矿粉；钒矿石粉 碎后用选矿机进行矿物初选，选出精矿粉和石煤中的炭，用炭烧锅炉生产蒸汽用于分解塔加 温或进行综合利用。步骤2，将上述精矿粉放入在混料池中与O. 5 3摩尔的稀硫酸或6 20%纯碱溶液按固液 比l: l混合制成矿浆。步骤3，将以上矿浆放入密闭容器内加温加压，加温温度可选择10(TC、 ll(TC、 120°C、13crc、 140°c、 i50°c、 i60°c、 i70°c、 i80°c、 i90°c、 2oo°c、 2io°c、 22crc、 23crc、240°C，加压范围可选择0 3MPa中任意值，加温加压时间为5 35分钟。步骤4，用离心机将分解后矿浆中的矿渣与含钒溶液分离，得到含钒溶液和矿渣，含钒 溶液进入步骤5，矿渣经过淋洗后得到弃渣和水溶液，弃渣用于造田、生产建材，水溶液返 回步骤2，当水溶液的量超过混料需要时，采用减压蒸馏装置浓縮硫酸，排除多余的水分。步骤5，将含钒溶液送入萃取槽用溶剂进行萃取。可采用常用萃取剂，如15%的三辛胺 (T0A，N204)、 二 (2 —乙基已基)磷酸(HDEHP， P204)、叔胺类三烷基胺^35或季胺类氯化 三烷基甲铵N263阴离子萃取剂，以5%仲辛醇，80%航空煤油稀释。步骤6，输入反萃罐内加碳铵反萃，得到的萃余液返回步骤5，含钒清液调pH值为3 8， 加氨盐沉淀出偏钒酸铵，水溶液返回步骤6进行碳铵反萃。步骤7，偏钒酸铵经沉淀罐沉淀后用离心机进行脱水，可以用1%氯化铵溶液淋洗，氨气 用2 4N稀盐酸吸收，氯化铵回收用于再生产。最后，偏钒酸铵在烘干机中烘干后得到偏钒 酸铵产品，离心脱水后的水溶液返回步骤6进行碳铵反萃。参见图3，上述矿浆加温加压分解塔，其特征在于塔体外包有外壳l，塔体内设有四层 的支撑结构18。分解塔的直径l-8m，高度3-24m。钒矿浆加温加压分解塔的外壳和支撑结构 是砼结构或钢结构，若砼结构则塔的直径应较钢结构略大，塔内必须留出供维修人员上下和 维修的足够空间；若多块拼装的可拆卸式钢结构，如需要维修时，卸下外壳即可进行维修。塔体第四层的支撑结构上置有密闭的加温加压罐5，加温加压罐内设有加温热源15，上 述加温热源15是电加热装置、燃气加热装置或蒸汽加热装置。罐底的出料口与塔体第三层保 温过渡罐4顶部的进料口之间由上连通管6连通。塔体第三层的支撑结构上置有保温过渡罐4。塔体第二层的支撑结构上置有上级余热利用罐3，罐中置有上预热管IO，上预热管10上
端经下连通管16与保温过渡罐底部出料口连通；上级余热利用罐3与加温加压罐5之间连接有 第二送料管12，第二送料管12进料端伸入上级余热利用罐底部，出料端伸入加温加压罐顶 部，在第二送料管上连有上位泵13;上述第二送料管12的进料端连接中位泵19。塔体第一层的支撑结构上置有下级余热利用罐2，罐中置有下预热管9，下预热管9的上端 与上级余热利用罐内的上预热管10连通，上述上预热管10和下预热管9可以是蛇形管或盘 管。下预热管9的下端与排料管7连通，排料管上有流量控制阀14，下级余热利用罐2的上部 连接入料管8，下级余热利用罐与上级余热利用罐之间连接第一送料管ll，第一送料管的出料 端伸入上级余热利用罐顶部，进料端伸入下级余热利用罐底部，在第一送料管上连有下位泵 17。上述上级余热利用罐3、下级余热利用罐2、保温过渡罐4、加温加压罐5外面均有保温 层。上述上预热管10和下预热管9可以是蛇形管、盘管、等径管或变径管。密闭容器可以是加温加压分解罐、加温加压分解池(图6)或加温加压分解塔(图3、 4、 5)。加温加压分解塔的工作过程将以上矿浆泵入分解塔分解，常温态的原矿浆从入料 管8经卸料阀进入下级余热利用罐2，经初步预热后被泵入上级余热利用罐3中进一步预热， 之后，将矿浆再泵入加温加压罐5内，加温范围10(TC 13(rC，加压范围O. 165MPa，加温加 压10 35分钟，分解后的矿浆从加温加压罐5底部出料口进入保温过渡罐4停留大约30分钟左 右，先从底部的出料口经流量控制阀进入上级余热利用罐内部的上预热管10中，然后经流量 控制阀进入下级余热利用罐内部的下预热管9中，在这期间，上、下级余热利用罐中的矿浆 吸收上、下预热管内的矿浆热能，进行热量交换，使下级余热利用罐内的原矿浆升温至4(TC 以上，使上级余热利用罐内的原矿浆升温至6(TC以上，分解后的矿浆被吸热、冷却后从分解 塔下部的排料管7排出。参见图4，在一种简易结构中，该保温过渡罐4可以省略。参见图5，在另一种简易结构中，上级余热利用罐3与下级余热利用罐2可以合并，上预 热管10和下预热管9也可以合并。参见图6，密闭容器也可以是加温加压分解罐或加温加压分解池。
权利要求
1 一种加温加压生产偏钒酸铵的方法，其特征在于有以下步骤 步骤l ，将钒矿石粉碎成细度为80 200目的矿粉； 步骤2 ，将上述矿粉与稀硫酸或纯碱溶液混合成矿浆；步骤3，将以上矿浆放入密闭容器内加温加压，加温范围8(TC 24(rC，加压范围0 3MPa，加温加压5 35分钟；步骤4，用离心机将分解后矿浆中的矿渣与含钒溶液分离，得到含钒溶液和矿渣，含钒 溶液进入步骤5，矿渣经过清洗后得到弃渣和水溶液，弃渣用于造田、生产建材，水溶液返 回步骤2，当水溶液的量超过混料需要时，采用减压蒸馏装置浓縮硫酸，排除多余的水分；步骤5，将含钒溶液送入萃取槽萃取；步骤6，加碳铵反萃，得到的萃余液返回步骤5，含钒清液调pH值为3 8，加氨盐沉淀 出偏钒酸铵，水溶液返回步骤6进行碳铵反萃；步骤7，偏钒酸铵经离心脱水、烘干后得到偏钒酸铵产品，离心脱水后的水溶液返回步 骤6进行碳铵反萃。2根据权利要求l所述的加温加压生产偏钒酸铵的方法，其特征是 上述步骤3中的密闭容器加温加压分解罐、加温加压分解池或加温加压分解塔，其中加温加 压分解塔的塔体外包有外壳(1)，塔体内设有四层的支撑结构(18);塔体第四层的支撑结构上置有密闭的加温加压罐(5)，加温加压罐内设有加温热源( 15)，罐底的出料口与塔体第三层保温过渡罐(4)顶部的进料口之间由上连通管(6)连通;塔体第三层的支撑结构上置有保温过渡罐(4);塔体第二层的支撑结构上置有上级余热利用罐(3)，罐中置有上预热管(10)，上预 热管(10)上端经下连通管(16)与保温过渡罐底部出料口连通；上级余热利用罐(3)与 加温加压罐(5)之间连接有第二送料管(12)，第二送料管(12)进料端伸入上级余热利 用罐底部，出料端伸入加温加压罐顶部，在第二送料管上连有上位泵(13);塔体第一层的支撑结构上置有下级余热利用罐(2)，罐中置有下预热管(9)，下预热管(9)的上端与上级余热利用罐内的上预热管(10)连通，下预热管(9)的下端与排料管 (7)连通，排料管上有流量控制阀(14)，下级余热利用罐(2)的上部连接入料管(8)， 下级余热利用罐与上级余热利用罐之间连接第一送料管(11)，第一送料管的出料端伸入上 级余热利用罐顶部，进料端伸入下级余热利用罐底部，在第一送料管上连有下位泵(17)。3根据权利要求2所述的加温加压生产偏钒酸铵的方法，其特征是 上述加温热源(15)是电加热装置、燃气加热装置或蒸汽加热装置。4根据权利要求2所述的加温加压生产偏钒酸铵的方法，其特征是 上述上级余热利用罐(3)、下级余热利用罐(2)、保温过渡罐(4)、加温加压罐(5)外 面均有保温层。5根据权利要求2所述的加温加压生产偏钒酸铵的方法，其特征是 上述上预热管(10)和下预热管(9)是蛇形管、盘管、等径管或变径管。6根据权利要求2所述的加温加压生产偏钒酸铵的方法，其特征是 上述第二送料管(12)的进料端连接中位泵(19)。7根据权利要求2所述的加温加压生产偏钒酸铵的方法，其特征是 上述支撑结构是砼结构或钢结构。8根据权利要求2所述的加温加压生产偏钒酸铵的方法，其特征是 上述外壳是砼结构或拼装可拆卸式钢结构。9根据权利要求2任意一项所述的加温加压生产偏钒酸铵的方法，其 特征在于步骤3的过程如下将以上矿浆泵入分解塔分解，常温态的原矿浆从入料管(8)进入下级余热利用罐(2)， 经初步预热后被泵入上级余热利用罐(3)中进一步预热，之后，将矿浆再泵入加温加压罐(5)内，加温范围80。C 24(TC，加压范围0 3MPa，加温加压5 35分钟，分解后的矿浆从 加温加压罐(5)底部出料口进入保温保压过渡罐(4)停留大约30分钟左右，先从底部的出 料口进入上级余热利用罐内部的上预热管(10)中，然后进入下级余热利用罐内部的下预热 管(9)中，在这期间，上、下级余热利用罐中的矿浆吸收上、下预热管内的矿浆热能，进 行热量交换，使上、下级余热利用罐内的原矿浆升温至4(TC以上，分解后的矿浆被吸热、冷 却后从分解塔下部的排料管(7)排出。10根据权利要求1或9所述的加温加压生产偏钒酸铵的方法，其特征 在于在步骤l的钒矿石粉碎后先进行矿物初选，选出精矿粉和石煤中的炭，用炭烧锅炉生 产蒸汽用于分解塔加温或进行综合利用。
全文摘要
一种加温加压生产偏钒酸铵的方法及其加温加压分解塔，先将钒矿石粉碎成细度为80～200目的矿粉；将矿粉与稀硫酸或纯碱溶液混合成矿浆；将以上矿浆放入加温加压分解塔内加温加压，加温范围80℃～240℃，加压范围0～3MPa，加温加压5～35分钟；将分解后矿浆中的矿渣与含钒溶液分离，将含钒溶液送入萃取槽萃取；然后加碳铵反萃，加氨盐沉淀出偏钒酸铵，偏钒酸铵经离心脱水、烘干后得到偏钒酸铵产品，实现了流水线作业，提高了生产效率，防止了污染，占地面积小，利用分解后矿浆的余热，有效的降低了能耗。
文档编号C22B3/22GK101121961SQ20071020114
公开日2008年2月13日 申请日期2007年7月20日 优先权日2007年7月20日
发明者张衍林, 钟天才, 钟欣欣 申请人:钟天才